固井水泥石抗腐蚀性能的研究

微硅对水泥石抗腐蚀性能影响的的研究谢兆军;朱泽华;叶中郎;闫薇;程小伟【摘要】在油气开采中,地层构造中的H2S/CO2对水泥石产生碳化腐蚀,严重影响固井效果,为改善和提高水泥石在酸性介质下的耐腐蚀性,本文在分析水泥石在含H2S和CO2条件下的腐蚀机理的基础上,通过实验证明微硅是一种良好的填充料,可提高水泥石的密实度,从而提高其抗压强度.对不同龄期的水泥石进行腐蚀,测试腐蚀后的抗压强度,分析比较纯水泥、微硅水泥的抗腐蚀性能；并利用金相显微镜和X-衍射图谱,观察分析微硅的抗腐蚀原因.【期刊名称】《水泥技术》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】4页(P36-39)【关键词】水泥石;微硅;碳化;抗压强度;腐蚀【作者】谢兆军;朱泽华;叶中郎;闫薇;程小伟【作者单位】西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TQ172.45油田固井的主要目的是支持套管、保护套管腐蚀、封锁漏失或漏失带、有冲击载荷时保护套管等，而油气井结构中的水泥环就有以上作用。

水泥环是套管的包被,水泥环柱的先导腐蚀可引起和加快套管的腐蚀和破坏。

高浓度的H2S/CO2酸性液体对水泥环造成腐蚀，导致水泥环的强度降低，渗透率提高，最终使水泥环失去层间封隔的功能[1]，引起套管腐蚀，降低油井寿命，造成很大经济损失。

而提高水泥石的抗腐蚀能力主要是提高水泥石的密实度，采用的方法一是加入抗腐蚀填充材料，二是降低水泥石的渗透率。

目前主要采用前者的研究方法，例如：采用没有硬化的环氧聚合物水泥砂浆[2-5]，与加入硬化剂的水泥砂浆相比，其强度和耐久性提高了15%；向水泥浆中加入纤维[6]，其主要作用是阻止裂纹扩展，增加韧性，使水泥石抗收缩、防腐蚀和抗渗透能力增强。

2017年第36卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1953·化 工 进展一种环境响应型水泥石的抗CO 2腐蚀性能彭志刚，张健，邹长军，陈大钧，郑勇（西南石油大学化学化工学院，四川 成都 610500）摘要：目前提高固井水泥石抗CO 2腐蚀性能的材料主要为活性无机外掺料，但其抗腐蚀效果有限。

为了提高固井水泥石（环）的抗腐性能，本文通过添加环境响应型有机防腐蚀剂形成一种环境响应型水泥石，研究了其在CO 2环境养护中抗压强度、渗透率、孔隙结构及微观形貌的相关变化。

结果表明：环境响应型水泥石有效抑制水泥石经碳化腐蚀抗压强度降低及渗透率增大现象；有害孔（＞100nm ）减少，凝胶孔（<50nm ）增多，总孔隙率降低16.31%，孔径细化；水泥石水腐蚀表面形成膜状物质，呈连续分布，质地紧密；借助于扫描电子显微镜等分析技术，揭示了其防腐机理为防腐蚀剂交联形成具有致密网状结构的膜状物质，以及在水泥颗粒表面形成厚度增加的水化层等原因，阻断腐蚀介质侵蚀通道及减少与水化产物接触机会，实现抗CO 2腐蚀的目的。

同时通过不同加量防腐蚀剂的水泥石扫描电镜图片可知，成膜效果的好坏可能影响其抵抗酸性介质的侵蚀能力。

关键词：油井水泥石；二氧化碳腐蚀；有机防腐蚀剂；微观结构；防腐蚀机理中图分类号：TE256 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1953–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.051Research on CO 2 corrosion resistance performance of one kindenvironmental response cement stonePENG Zhigang ，ZHANG Jian ，ZOU Changjun ，CHEN Dajun ，ZHENG Yong（College of Chemistry and Chemical Engineering ，Southwest Petroleum University ，Chengdu 610500，Sichuan ，China ）Absract ：At present ，the main materials for improving the CO 2 resistance of cement mortar are active inorganic admixture ，and the performance of which is limited ，organic corrosion resistant materials are rarely reported. In order to improve the properties of cement’s （ring ）carbonation resistance ，an environmental response type of cement stone was formed through adding an environmental response type of organic material. The changes of cement’s compressive strength ，permeability ，pore structure and micro structure were studied at CO 2 environmental maintenance condition. The results showed that the environmental response type cement effectively inhibited the increase of compressive strength and permeability through carbonization corrosion. The pore size of cement was refined. The harmful hole （＞100nm ）was decreased. The gel hole （＜50nm ）was increased and the total porosity was decreased by 16.31%. The phase composition of the hydration product remained stable ，and the membranous substance which has a continuous distribution and close texture was formed in the corrosion surface. By using scanning electron microscope （SEM ）analysis ，it is revealed that the carbonation resistance mechanism was the membranous substance with dense mesh structure formed through rust preventer主要研究方向为油气田化学、油气田固完井工程。

第38卷第2期 娃酸盐通报Vol.38 No.2 2019 年 2 月_______________BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY___________________February,2019固井水性环氧树脂水泥石力学性能研究刘昱亮1>2,李早元\薛元陶\周彪\孙浩\苏东华\孙劲飞1(1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500;2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江524057)摘要:针对油井水泥石易脆裂而造成油气井层间封隔失效的问题，通过实验研究了水性环氧树脂含固化剂的掺入对油井水泥石力学性能的影响，利用单轴抗压强度实验考察了不同加量的环氧树脂对水泥浆力学性能的影响。

实验结果表明:60%环氧树脂占比的树脂水泥石，其28 d的抗压强度可以达到51 MPa,抗拉强度可以达到5.1 MPa。

相较于油井水泥石28 d抗压强度提高了 47%，28 d抗拉强度提高了 98%。

其弹性模量降低至1.8 GPa，相较于油井水泥石降低了 76.5%。

通过实验说明，水性环氧树脂能有效提高水泥石的抗压、抗拉强度，降低弹性模量。

结合微观形貌观察，高掺比树脂在水泥石固化后形成的三维网状结构与附着在网状结构上的水泥水化产物，能够改善水泥石的强度和韧性。

关键词:树脂水泥；水溶性树脂；增韧水泥石；弹性模量中图分类号:TE256 文献标识码:A文章编号:1001 -1625 (2019)02-0339-05 Study on Mechanical Properties of Cementing Waterborne Epoxy CementLIU Yu-liang1，2，LI Zao-yuan1，XUE Yuan-tao1，ZH0U B iao1，SUN Hao1，SU Dong-hua1，SUN Jin-fei1(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China；2. Zhanjiang Branch,CNOOC Ltd. ,Zhanjiang 524057 ,China)Abstract： In order to solve the problem of oil and gas well inter-layer insulation failure caused by brittle fracture of oil-well cement, the influence of waterborne epoxy resin-containing curing agent on the mechanical properties of oil-well cement was experimentally studied, and the experiment was conducted using uniaxial compressive strength. The effect of different amounts of epoxy resin on the mechanical properties of cement paste. The experimental results show that：60% of the proportion of epoxy resin cement stone, its 28 d compressive strength can reach 51 MPa, tensile strength can reach 5. 1MPa.Compared with 28 d, the cement compressive strength increased by 47 % , and the tensile strength at 28 d increased by 98%. Its elastic modulus is reduced to 1. 8 GPa, which is 76. 5%lower than that of oil cement. Through experiments, the water-based epoxy resin can effectively improve the compressive and tensile strength of cement stone and reduce the elastic modulus. With the observation of microscopic morphology, the three-dimensional network structure of the high-doping resin formed after the cement stone is solidified and the cement hydration product adhered to the network structure can improve the strength and toughness of the cement stone.Key words：resin cement；water-soluble resin；toughened cement stone；elastic modulus1引言固井作业后水泥浆凝固形成油井水泥石，水泥石能将地层进行有效的层间封隔，并为套管提供保护和支 撑，这对后续钻井和油气开采至关重要[1]。

耐CO2腐蚀固井水泥浆的研究及应用随着石油工业的发展，油井的固井工作越来越受到人们的关注。

固井水泥浆作为油井固井中最重要的材料，其耐CO2腐蚀性能具有特别重要的意义。

本文将就耐CO2腐蚀固井水泥浆的研究及应用进行讨论。

一、CO2腐蚀现象在油井固井过程中，水泥浆会受到来自油井内部的各种腐蚀作用。

CO2是最常见的一种腐蚀因素之一，其腐蚀表现主要包括几个方面：1.水泥中的CaCO3分解，水泥体积减小；2.水泥中的孔隙度增大，渗透率增大，原油能更容易地渗入水泥中；3.水泥中的含水率会增大，导致水泥的物理性能变差。

这些腐蚀作用将严重影响固井的质量和寿命，因此研制耐CO2腐蚀的水泥浆是固井中必不可少的研究方向。

二、耐CO2腐蚀固井水泥浆的研究目前，固井水泥浆的耐CO2腐蚀性能主要是通过添加一些特殊的化学物质来实现。

这些添加剂可以降低水泥浆中CaCO3分解速率、增大水泥中的孔隙度、提高水泥的抗渗透性能等多种效果。

例如，菌群作为一种特殊的添加剂，可以通过在水泥中生长形成天然的塑料化层，从而防止CO2的直接腐蚀作用。

此外，添加有机酸类、无机盐类等化学品也可以有效地防止CO2的腐蚀作用。

三、应用固井水泥浆的耐CO2腐蚀性能需要在实际操作中得以验证。

目前，固井水泥浆的应用已经得到了广泛的应用，并在许多领域中得到普遍应用。

例如，在油井、天然气井等领域中，固井水泥浆已经成为保证井壁完整性的重要材料。

在固井水泥浆应用的过程中，需要注意以下几个方面：1.添加剂的用量和配比需要经过详细的测试和试验，以确保适当的防腐能力；2.固井水泥浆施工过程中需要确保施工质量和规范性，才能保证耐腐蚀性能；3.在固井水泥浆应用中需要进行长期监测和观察，及时检测固井质量变化，以保证完整性。

四、结论固井水泥浆的耐CO2腐蚀性能直接关系到油井固井的质量和寿命。

考虑到长期的实际应用效果，研制高耐腐蚀的固井水泥浆具有极其重要的意义。

通过对添加剂的研究和实际应用的探索，固井水泥浆将能够更好地满足油井固井的需求，为油井行业和工程建设做出更大的贡献。

固井水泥石腐蚀防治研究进展张易航; 宋旭辉; 许明标; 王晓亮; 刘汝敏【期刊名称】《《应用化工》》【年(卷),期】2019(048)010【总页数】6页(P2450-2455)【关键词】封固质量; 固井水泥石; 机理; 综述; 腐蚀防治【作者】张易航; 宋旭辉; 许明标; 王晓亮; 刘汝敏【作者单位】长江大学石油工程学院湖北武汉430100; 中交铁道设计研究总院有限公司北京100088; 非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学) 湖北武汉430100; 中海油服油田生产研究院天津300459【正文语种】中文【中图分类】TQ050; TQ172.1; TE256油气藏中含有CO2、H2S酸性气体早已是各国油田开发中的一个重要特征。

以美国为例，早在20世纪70年代，在密西西比托马斯维尔地区就已面临超高温、高H2S、CO2腐蚀的侵扰。

而国内，诸如普光气田、赵兰庄气田、龙岗气田等，都存在高CO2、H2S含量的情况[1-3]。

同时，部分增产措施(气驱、酸化压裂等)也会将地层中的腐蚀性气、流体引入至固井水泥环中造成水泥环封隔失效，使得固井质量大打折扣[4]。

一方面导致水泥环气窜的发生，使有害气体逸散至地面，对施工人员的生命财产造成极大威胁；另一方面，腐蚀性流体随着裂缝继续渗入则会直接作用于套管和油管，使之发生穿孔甚至直接导致油井报废。

这会造成巨大的经济损失，而且会引发一些安全事故[5]。

因此，开展固井水泥石酸性气、流体腐蚀防治工作对于强化固井质量，提高油井耐久性，实现安全生产方面有着极为重要的现实意义。

基于此，笔者以腐蚀防治为契机，从油井水泥环腐蚀成因及其机理、影响因素及防治思路、具体的防治方法等多方面入手进行了系统性地综述，旨在为相关领域的研究人员提供一定的参考和借鉴。

1 油井水泥环腐蚀成因及其机理分析水泥石硬化后形成强度和塑性的主体结构是C—S—H和Ca(OH)2，对于含有酸性气体/流体的地层所产生的水泥环结构破坏，则多是由这类腐蚀介质同水泥石中的Ca(OH)2和C—S—H发生了一系列物理化学反应所造成。

二氧化碳腐蚀作用下固井水泥石的微观力学性能
余杨;黄文;姚广;张坤悦;沈鑫;孙明明;钟瑞;李武乾
【期刊名称】《混凝土世界》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】二氧化碳地质封存(CCS)技术是降低CO,的有效途径之一,提高水泥环固井的耐腐蚀性和结构完整性对确保二氧化碳封存安全尤为重要。

本文采用XRD、TGA、SEM、微米压痕等表征方法,揭示了水泥石在腐蚀环境中的损伤机理和变化规律。

结果表明:经历碳化作用后的水泥石展现出明显的分层结构,包括多孔的淋滤脱钙层、部分淋滤层、碳化致密层、氢氧化钙溶解层,以及未碳化的水泥石;受淋滤脱钙作用的影响,水泥石表面碳化腐蚀层的微观硬度下降至0.11GPa,而中间碳化层由于碳酸钙的积累,其微米硬度提升至0.79GPa,反映了碳化作用对水泥石结构的增强作用;内部腐蚀层则因氢氧化钙溶解,出现一定程度的力学性能降低,同时这些溶解出的钙离子参与了中间层碳酸钙的形成过程。

【总页数】5页(P24-28)
【作者】余杨;黄文;姚广;张坤悦;沈鑫;孙明明;钟瑞;李武乾
【作者单位】中国建筑材料科学研究总院有限公司;西南科技大学材料与化学学院【正文语种】中文
【中图分类】TU5
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